KR20150048068A - Fabricating method of electrode for electrochemical device, electrode slurry, and electrode for electrochemical device fabricated thereby - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a manufacturing method of an electrode for an electrochemical device, and an electrode slurry and an electrode for an electrochemical device which are manufactured by the manufacturing method of an electrode for an electrochemical device. More specifically, the manufacturing method of an electrode for an electrochemical device comprises the steps of: dispersing a graphene oxide into a solvent to manufacture a graphene oxide solution; mixing the graphene oxide solution with an active material to manufacture an electrode slurry; applying the electrode slurry to a substrate; and drying the applied electrode slurry to form an electrode active material layer. Accordingly, through the manufacturing method of an electrode for an electrochemical device, a bonding strength between active materials or between the active material and the substrate can be enhanced without using a polymer binder. Also, the polymer binder is not used, thereby improving energy density of the electrochemical device. Furthermore, the efficiency of the electrochemical device can be improved and the lifetime of the device can be extended due to the generation of a reduced graphene oxide.

Description

전기화학 소자용 전극의 제조방법, 전기화학 소자용 전극 슬러리, 및 전기화학 소자용 전극{FABRICATING METHOD OF ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL DEVICE, ELECTRODE SLURRY, AND ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL DEVICE FABRICATED THEREBY}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for manufacturing an electrode for an electrochemical device, an electrode slurry for an electrochemical device, and an electrode for an electrochemical device,

본 발명은 전기화학 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 그라핀 산화물을 포함하는 전기화학 소자용 전극의 제조방법, 전기화학 소자용 전극 슬러리, 및 전기화학 소자용 전극에 관한 것이다.The present invention relates to an electrochemical device, and more particularly, to a method of manufacturing an electrode for an electrochemical device including a graphene oxide, an electrode slurry for an electrochemical device, and an electrode for an electrochemical device.

전기화학 소자 중 하나인, 리튬 이차전지의 전극은 주로 양극/음극 전극 슬러리를 전도성 기판(집전체)에 도포시켜 건조하는 방법으로 제조되고 있다. 일반적으로 리튬 이차전지는 양극/음극에 존재하던 전자가 음극/양극에 주입된 후, 상기 전자가 리튬 이온과 결합함으로써, 전지의 충전 및 방전이 이루어지는 방식으로 전지가 구동된다. 따라서, 전극과 상기 집전체간의 결합력 향상은 전지의 수명 및 율특성 향상과 밀접한 관련이 있다. 구체적으로 이는, 집전체에 전극 슬러리를 도포하는 공정을 포함하는 전기화학 소자용 전극 제조와 기술적 연관성이 높아, 이에 대한 연구가 끊임없이 진행되고 있다. The electrode of a lithium secondary battery, which is one of electrochemical devices, is manufactured by a method of applying a slurry of an anode / cathode electrode to a conductive substrate (current collector) and drying it. Generally, in a lithium secondary battery, after the electrons existing in the anode / cathode are injected into the cathode / anode, the electrons are combined with the lithium ion, so that the battery is driven in such a manner that the battery is charged and discharged. Therefore, the improvement in the bonding force between the electrode and the current collector is closely related to the improvement in the lifetime and the rate characteristics of the battery. Specifically, this is highly related to the production of an electrode for an electrochemical device including a step of applying an electrode slurry to a current collector, and research on this has been continuously carried out.

종래에는 활물질, 고분자 바인더, 및 전도성 입자를 물 또는 유기용매에 혼합하고, 분산공정을 거쳐 전극 슬러리를 제조한 후, 제조된 전극 슬러리를 집전체 상에 도포하여 전극을 형성하였다. 이와 같이, 종래기술은 전극 슬러리에 고분자 바인더를 첨가함으로써, 상기 전극 슬러리 내 활물질 간의 결합, 또는 활물질과 전도성 입자와의 결합을 향상시키고자 하였다. 하지만, 대부분의 고분자 바인더는 전기적으로 부도체이므로, 일정량 이상을 첨가시 전극 내 전자의 이동을 억제하여 이를 포함하는 전기화학 소자의 효율을 저하시키거나, 전지의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.Conventionally, an electrode slurry was prepared by mixing an active material, a polymer binder, and conductive particles in water or an organic solvent, and dispersing the mixture to form an electrode slurry. Thus, the prior art attempts to improve the bonding between the active materials in the electrode slurry or the bonding between the active material and the conductive particles by adding a polymer binder to the electrode slurry. However, since most of the polymer binders are electrically nonconductive, there is a problem that when a certain amount or more is added, the movement of electrons in the electrode is inhibited, the efficiency of the electrochemical device containing the same is lowered, or the life of the battery is shortened.

또한, 일반적으로 고분자 바인더와 전도성 입자는 전기화학적으로 불활성이기 때문에 고분자 바인더와 전도성 입자를 첨가함에 따라, 리튬 이차전지의 에너지 밀도가 낮아지는 단점이 있다.Generally, since the polymer binder and the conductive particles are electrochemically inert, there is a disadvantage that the energy density of the lithium secondary battery is lowered by adding the polymer binder and the conductive particles.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 착안된 것으로서, 전극 형성시 사용하는 전극 슬러리에 별도의 고분자 바인더를 첨가하지 않아도, 전극 슬러리 내 활물질들 사이의 결합력 또는 활물질과 슬러리가 도포되는 기판(집전체)과의 결합력을 증진시킬 수 있는, 전기화학 소자용 전극의 제조방법, 전기화학 소자용 전극 슬러리, 및 전기화학 소자용 전극을 제공하는 데에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an electrode slurry, which does not require addition of a polymer binder to an electrode slurry used for electrode formation, A method for manufacturing an electrode for an electrochemical device, an electrode slurry for an electrochemical device, and an electrode for an electrochemical device.

본 발명의 일 측면은, 그라핀 산화물을 용매에 분산시켜 그라핀 산화물 용액을 제조하는 단계, 상기 그라핀 산화물 용액과 활물질을 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계, 상기 전극 슬러리를 기판 상에 도포시키는 단계, 및 상기 도포된 전극 슬러리를 건조하여 전극 활물질층을 형성하는 단계를 포함하는 전기화학 소자용 전극의 제조방법을 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a thin film transistor, comprising: preparing a graphene oxide solution by dispersing graphene oxide in a solvent; preparing an electrode slurry by mixing the graphene oxide solution and an active material; And drying the coated electrode slurry to form an electrode active material layer. The present invention also provides a method for manufacturing an electrode for an electrochemical device, comprising:

상기 그라핀 산화물은 산소 관능기(oxygen functional group)를 포함하는 것일 수 있다. The graphene oxide may comprise an oxygen functional group.

상기 그라핀 산화물 용액에 환원제를 더 첨가하는 것일 수 있다.And further adding a reducing agent to the graphene oxide solution.

상기 환원제는 하이드라진(Hydrazine), 수소산(hydroic acid), 수소화 붕소 나트륨(sodium borohydride) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 사용하는 것일 수 있다.The reducing agent may be at least one selected from the group consisting of hydrazine, hydroic acid, and sodium borohydride.

상기 슬러리는 고분자 바인더가 포함되지 않는 것일 수 있다.The slurry may not contain a polymeric binder.

상기 그라핀 산화물 용액과 활물질을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계에서, 상기 활물질과 상기 그라핀 산화물은 92:8 내지 88:12 범위의 중량비로 혼합하는 것일 수 있다.In the step of preparing the slurry by mixing the graphene oxide solution and the active material, the active material and the graphene oxide may be mixed in a weight ratio ranging from 92: 8 to 88:12.

상기 도포된 전극 슬러리를 건조하여 전극 활물질층을 형성하는 단계에서, 상기 도포된 그라핀 산화물의 일부가 환원되어 상기 전극 활물질층 표면에 환원 그라핀을 형성하는 것일 수 있다.In the step of forming the electrode active material layer by drying the applied electrode slurry, a part of the applied graphene oxide may be reduced to form reduced graphene on the surface of the electrode active material layer.

본 발명의 다른 측면은, 활물질, 용매, 및 그라핀 산화물을 포함하며, 상기 활물질과 상기 그라핀 산화물의 92:8 내지 88:12 범위의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극 슬러리를 제공할 수 있다.Another aspect of the present invention is an electrode slurry for an electrochemical device, comprising an active material, a solvent, and a graphene oxide, wherein the active material and the graphene oxide are mixed in a weight ratio ranging from 92: 8 to 88:12. Can be provided.

상기 전극 슬러리는 고분자 바인더를 포함하지 않는 것일 수 있다.The electrode slurry may not include a polymeric binder.

본 발명의 또 다른 측면은, 활물질 및 그라핀 산화물 바인더를 포함하는 전기화학 소자용 전극을 제공할 수 있다.Another aspect of the present invention can provide an electrode for an electrochemical device including an active material and a graphene oxide binder.

상기 그라핀 산화물 바인더의 적어도 일 표면에 환원 그라핀이 형성된 것일 수 있다.And the reduced graphene may be formed on at least one surface of the graphene oxide binder.

본 발명의 전기화학 소자용 전극의 제조방법을 통해 고분자 바인더를 사용하지 않으면서도 활물질들 사이에 결합력, 또는 활물질과 기판(집전체)와의 결합력을 향상시킬 수 있다. According to the method for manufacturing an electrode for an electrochemical device of the present invention, the bonding force between the active materials or the bonding force between the active material and the substrate (collector) can be improved without using the polymeric binder.

또한, 고분자 바인더를 사용하지 않으므로, 전기화학 소자의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.Further, since the polymeric binder is not used, the energy density of the electrochemical device can be improved.

아울러, 환원 그라핀의 생성으로 전기화학 소자의 효율 향상, 및 소자의 수명을 연장시킬 수 있다.In addition, the reduction of the electrochemical device by the generation of the reduced graphene can extend the life of the device.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 산화물 분말의 SEM사진이다.
도 2는 실리콘계 음극 활물질인 Si-Ni-Ti 금속합금 분말의 SEM사진이다.
도 3은 Si-Ni-Ti 금속합금으로 이루어진 음극 활물질과 그라핀 산화물 비율에 따른 음극 전극 슬러리의 유변학적 거동평가 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 환원제를 첨가한 그라핀 산화물 용액의 분산 안정성을 나타낸 이미지이다.
도 5(a) 내지 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 그라핀 산화물 용액, 및 환원제를 첨가한 그라핀 산화물 용액을 FT-IR 분석결과를 나타낸 도표이다.
도 6은 Si-Ni-Ti 금속합금으로 이루어진 음극 활물질과 그라핀 산화물 비율에 따른 전극의 표면 관찰결과를 나타낸 SEM 사진이다.
도 7(a) 내지 도 7(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 특성 평과 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is a SEM photograph of a graphene oxide powder according to an embodiment of the present invention.
2 is an SEM photograph of a Si-Ni-Ti metal alloy powder as a silicon-based anode active material.
3 is a graph showing the results of evaluating the rheological behavior of the negative electrode slurry according to the ratio of the graphene oxide and the negative electrode active material made of the Si-Ni-Ti metal alloy.
4 is an image showing the dispersion stability of a graphene oxide solution to which a reducing agent is added according to an embodiment of the present invention.
5 (a) to 5 (b) are graphs showing results of FT-IR analysis of a graphene oxide solution prepared according to an embodiment of the present invention and a graphene oxide solution added with a reducing agent.
6 is an SEM photograph showing the result of observing the surface of the electrode according to the ratio of the anodic active material made of a Si-Ni-Ti metal alloy and the graphene oxide.
FIGS. 7 (a) to 7 (c) are graphs showing characteristics and results of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

전기화학 소자용 전극의 제조Manufacture of electrodes for electrochemical devices

먼저, 그라핀 산화물을 용매에 분산시켜 그라핀 산화물 용액을 제조한다.First, a graphene oxide solution is prepared by dispersing a graphene oxide in a solvent.

그라핀 산화물 용액을 제조하기 위하여, 그라핀 산화물을 준비한다. 상기 그라핀 산화물은 허머스 법(Hummers method)을 이용하여 제조될 수 있다. 상기 그라핀 산화물은 나노 시트(nano sheet)의 형태로 제조될 수 있다. 이 때, 상기 그라핀 산화물은 측면 치수(lateral dimension)가 100nm 내지 100㎛인 것일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. In order to prepare a graphene oxide solution, a graphene oxide is prepared. The graphene oxide may be prepared using the Hummers method. The graphene oxide may be prepared in the form of a nano sheet. At this time, the graphene oxide may have a lateral dimension of 100 nm to 100 탆, but the present invention is not limited thereto.

상기 그라핀 산화물은 산소 관능기(oxygen functional group)를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 그라핀 산화물은 하이드록시기, 에폭사이드기, 카르복실기, 락톨기 등의 산소 관능기를 포함하는 것일 수 있다. 이에, 그라핀 산화물이 나노 시트의 형태로 제조되었을 때, 나노 시트의 표면 상에 상기 산소 관능기가 배치될 수 있다. 상기 그라핀 산화물에 포함된 산소 관능기의 작용으로 후술하는 그라핀 산화물 용액 형성시 용매 내에 그라핀 산화물의 분산이 쉽게 이루어질 수 있다. The graphene oxide may comprise an oxygen functional group. Specifically, the graphene oxide may include an oxygen functional group such as a hydroxyl group, an epoxide group, a carboxyl group, and a lactate group. Thus, when the graphene oxide is prepared in the form of a nanosheet, the oxygen functional group can be disposed on the surface of the nanosheet. By the action of the oxygen functional groups contained in the graphene oxide, the graphene oxide can be easily dispersed in the solvent when forming the graphene oxide solution described later.

그라핀 산화물 용액의 제조는 용매에 그라핀 산화물을 섞는 간단한 과정에 의하여 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 용매는 그라핀 산화물을 분산시킬 수 있는 용매라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하나, 잔존하는 유기 용매가 전지에 미치는 악영향을 방지할 수 있는 용매를 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 용매로 물을 사용할 수 있다.
The preparation of the graphene oxide solution can be accomplished by a simple process of mixing the graphene oxide in the solvent. At this time, any solvent that can disperse the graphene oxide may be used as the solvent, but a solvent capable of preventing the adverse effect of the residual organic solvent on the cell can be used. In one embodiment of the present invention, water may be used as the solvent.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 그라핀 산화물 용액에 환원제를 더 첨가할 수 있다. 구체적으로 이는, 후술하는 전극 활물질층을 형성하는 공정에서, 상기 그라핀 산화물 용액에 포함된 그라핀 산화물을 환원시켜 상기 전극 활물질층의 적어도 일 표면에 환원 그라핀(reduced graphene)을 형성시키기 위한 것일 수 있다. Further, in one embodiment of the present invention, a reducing agent may be further added to the graphene oxide solution. Specifically, in order to form a reduced graphene on at least one surface of the electrode active material layer by reducing the graphene oxide contained in the graphene oxide solution in a step of forming an electrode active material layer described later .

상기 환원제는, 예를 들어, 하이드라진(hydrazine), 수소산(hydroic acid), 수소화 붕소 나트륨(sodium borohydride) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 사용하는 것일 수 있다. The reducing agent may be at least one selected from the group consisting of hydrazine, hydroic acid, and sodium borohydride.

구체적으로, 상기 그라핀 산화물 용액에 상기 환원제 첨가할 때, 상기 환원제 1mL를 기준으로 상기 그라핀 산화물 용액에 포함된 상기 그라핀 산화물을 15g 이상의 범위로 첨가하는 것일 수 있다. 이는, 상기 그라핀 산화물 용액의 분산 안정성을 위한 것일 수 있으며, 상세하게는, 하기 실험예 및 도면을 통해 후술한다.
Specifically, when the reducing agent is added to the graphene oxide solution, the graphene oxide contained in the graphene oxide solution may be added in an amount of 15 g or more based on 1 mL of the reducing agent. This may be for the dispersion stability of the graphene oxide solution, and will be described in detail below with reference to the following experimental examples and drawings.

이 후, 상기 그라핀 산화물 용액과 활물질을 혼합하여 전극 슬러리를 제조한다.Thereafter, the graphene oxide solution and the active material are mixed to prepare an electrode slurry.

이 때, 양극 활물질로는 LiMO2 (M = V, Cr, Co, Ni), LiM2O4 (M = Mn, Ti, V), LiMPO4 (M = Co, Ni, Fe, Mn), LiNi1-xCoxO2 (0<x<1), LiNi2-xMnxO4 (0<x<2) 및 Li[NiMnCo]O2 등과 같은 다양한 물질 군에서 선택될 수 있으며, 사용되는 활물질에 따라 양극 활물질은 층상 구조, 스피넬 구조 또는 올리빈 구조를 가질 수 있다. 상기 음극 활물질은 흑연이나 하드 카본과 같은 탄소재, Li, Na, Mg, Al, Si, In, Ti, Pb, Ga, Ge, Sn, Bi, Sb 또는 이들의 산화물, 합금과 같은 금속재, 및 Li4Ti5O12와 같은 Ti계 산화물 등에서 선택될 수 있다. 구체적으로, 상기 음극 활물질은, 예를 들어, 흑연, 실리콘, 게르마늄, 주석, 티탄산 리튬, TiO2, SnO2, ITO, SiOx, 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 음극 활물질은, Si-Ni-Ti 금속합금으로 이루어진 물질을 사용할 수 있으나, 본 발명에서 사용 가능한 양극 및 음극 활물질은 특별히 제한되는 것은 아니다. In this case, LiMO 2 (M = V, Cr, Co, Ni), LiM 2 O 4 (M = Mn, Ti, V), LiMPO 4 Can be selected from various material groups such as 1-x Co x O 2 (0 <x <1), LiNi 2-x Mn x O 4 (0 <x <2) and Li [NiMnCo] O 2 , Depending on the active material, the cathode active material may have a layered structure, a spinel structure or an olivine structure. The anode active material may be a carbon material such as graphite or hard carbon or a metal material such as Li, Na, Mg, Al, Si, In, Ti, Pb, Ga, Ge, Sn, Bi, Sb, 4 Ti 5 O 12, and the like. Specifically, the negative electrode active material may be one using, for example, graphite, silicon, germanium, tin, lithium titanate, TiO 2 , SnO 2 , ITO, SiO x , or a mixture thereof. In one embodiment of the present invention, the negative electrode active material may be a material made of a Si-Ni-Ti metal alloy, but the positive and negative electrode active materials usable in the present invention are not particularly limited.

상기 전극 슬러리를 제조하는 것은 상기 그라핀 산화물 용액에 상기 활물질을 섞는 간단한 과정에 의하여 이루어질 수 있다. The electrode slurry may be prepared by a simple process of mixing the active material with the graphene oxide solution.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 전극 슬러리에 포함된 그라핀의 농도는 1mg/mL 내지 10 mg/mL일 수 있다. In one embodiment of the present invention, the concentration of the graphene contained in the electrode slurry may be 1 mg / mL to 10 mg / mL.

또한, 상기 전극 슬러리 제조시, 상기 활물질(양극 활물질, 또는 음극 활물질)과 그라핀 산화물의 혼합비율을 조절함에 따라 상기 전극 슬러리 내에 포함된 상기 활물질들 사이의 결합을 조절할 수 있다. 또한, 상기 활물질과 그라핀 산화물의 혼합비율을 조절함에 따라 상기 전기화학 소자용 전극 슬러리의 점도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 슬러리 제조시 상기 활물질(양극 활물질, 또는 음극 활물질)과, 상기 그라핀 산화물 용액에 포함된 그라핀 산화물은 50:50 내지 99:1 범위의 중량비로 혼합하는 것일 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 활물질과 상기 그라핀 산화물 용액에 포함된 그라핀 산화물은 92:8 내지 88:12 범위의 중량비로 혼합하는 것일 수 있다. 상기 범위 내에서의 비율로 혼합시, 전기화학 소자의 전극에 최적화된 전극 슬러리를 제조할 수 있다.In addition, when the electrode slurry is prepared, the binding between the active materials contained in the electrode slurry can be controlled by controlling the mixing ratio of the active material (cathode active material or anode active material) and the graphen oxide. Also, the viscosity of the electrode slurry for the electrochemical device can be controlled by controlling the mixing ratio of the active material and the graphene oxide. For example, when the electrode slurry is prepared, the active material (cathode active material or anode active material) and the graphene oxide contained in the graphene oxide solution may be mixed in a weight ratio ranging from 50:50 to 99: 1. Specifically, in one embodiment of the present invention, the active material and the graphene oxide contained in the graphene oxide solution may be mixed in a weight ratio ranging from 92: 8 to 88:12. When mixed at the ratio within the above range, the electrode slurry optimized for the electrode of the electrochemical device can be produced.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 전극 슬러리는 고분자 바인더를 포함하지 않은 것일 수 있다. 상기 전극 슬러리가 상기 고분자 바인더를 포함하지 않아도, 상기 슬러리 내에 포함된 그라핀 산화물에 의해 상기 활물질들 사이에 충분한 결합력을 제공할 수 있다.
Further, in one embodiment of the present invention, the electrode slurry may not include a polymer binder. Even if the electrode slurry does not include the polymer binder, it is possible to provide sufficient bonding force between the active materials by the graphen oxide contained in the slurry.

그런 다음, 상기 전극 슬러리를 기판 상에 도포시킨다.Then, the electrode slurry is coated on the substrate.

상기 기판은 집전체 역할을 하는 물질로, 양극의 기판으로 사용될 경우 알루미늄 또는 스테인리스 스틸이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 음극의 집전체로 사용될 경우 구리 또는 스테인리스 스틸이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 상기 전극 슬러리를 상기 기판 상에 도포시에는 그라비아 코팅법, 슬릿다이 코팅법, 나이프 코팅법, 또는 스프레이 코팅법 등을 사용하여 수행할 수 있다.The substrate serves as a collector, and aluminum or stainless steel is preferably used as the substrate of the anode, but not limited thereto. In addition, when used as a current collector for a negative electrode, copper or stainless steel is preferable, but not limited thereto. When the electrode slurry is coated on the substrate, the coating can be performed using a gravure coating method, a slit die coating method, a knife coating method, or a spray coating method.

상기 기판 상에 도포된 전극 슬러리에 포함되어 있는 상기 그라핀 산화물의 산소 관능기들 사이의 수소 결합력에 의해 상기 전극 슬러리 내에 포함된 상기 활물질들 사이에 결합력, 및/또는 상기 슬러리가 도포된 기판과 상기 슬러리 내에 활물질과의 결합력이 향상될 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 전기화학적으로 불활성인 고분자 바인더를 사용하지 않고, 그라핀 산화물이 바인더 역할을 수행할 수 있어, 종래의 고분자 바인더의 사용으로 인한 문제점들을 개선할 수 있다.
A bonding force between the active material contained in the electrode slurry and a bonding force between the substrate coated with the slurry and the bonding force between the substrate coated with the slurry and the bonding force between the substrate and the substrate coated with the slurry, The bonding force with the active material in the slurry can be improved. Accordingly, the present invention can improve the problems caused by the use of the conventional polymer binder because the graphene oxide can act as a binder without using the electrochemically inert polymer binder.

마지막으로, 상기 도포된 전극 슬러리를 건조하여 전극 활물질층을 형성할 수 있다. Finally, the coated electrode slurry may be dried to form an electrode active material layer.

상기 건조 공정은 100℃ 내지 120℃의 온도에서 이루어지는 것일 수 있다. 이 때, 상기 건조 공정은 진공분위기, 또는 수소(H2), 암모니아(NH3), 또는 아르곤(Ar)이 주입된 분위기하에서 이루어지는 것일 수 있다. 상기 건조 공정을 통해 상기 기판 상에 상기 전극 활물질층을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 도포된 전극 슬러리를 건조하는 단계에서, 상기 도포된 그라핀 산화물의 일부가 환원되어 상기 전극 활물질층의 적어도 일 표면에 환원 그라핀을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 상기 전극 활물질층 전체가 환원될 수도 있다. 구체적으로 이는, 상기 건조 공정 중에 상기 도포된 전극 슬러리 표면에서 그라핀 산화물의 일부가 환원되면서 상기 그라핀 산화물에 포함된 산소 관능기들이 제거됨에 따라, 상기 전극 활물질층에 포함된 그라핀 산화물이 환원 그라핀으로 변화되는 것일 수 있다. 이에, 전자이동도가 높아져 전기화학 소자의 전기전도도가 향상될 수 있다. 즉, 결과적으로 상기 기판 상에 활물질 및 그라핀 산화물 바인더가 형성되고, 상기 그라핀 산화물 바인더의 표면 일부에 환원 그라핀이 형성될 수 있다.
The drying step may be performed at a temperature of 100 ° C to 120 ° C. At this time, the drying step may be performed in a vacuum atmosphere, or in an atmosphere filled with hydrogen (H 2 ), ammonia (NH 3 ), or argon (Ar). The electrode active material layer may be formed on the substrate through the drying process. At this time, in the step of drying the applied electrode slurry, a part of the applied graphene oxide may be reduced to form reduced graphene on at least one surface of the electrode active material layer. However, the present invention is not limited thereto, The entire electrode active material layer may be reduced. Specifically, in the drying process, a part of the graphene oxide is reduced on the surface of the applied electrode slurry, and the oxygen functional groups contained in the graphene oxide are removed, so that the graphene oxide contained in the electrode active material layer is reduced It can be changed to a pin. Accordingly, the electron mobility is increased, and the electrical conductivity of the electrochemical device can be improved. That is, as a result, an active material and a graphene oxide binder may be formed on the substrate, and reduced graphene may be formed on a part of the surface of the graphene oxide binder.

이 후, 프레싱 공정을 거쳐 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학 소자용 전극을 제조할 수 있다. 그런 다음, 상기 기판을 제거하여 상기 전극 활물질층과 상기 그라핀 산화물 바인더, 및 상기 환원 그라핀을 함유하는 프리스탠딩(Free standing) 막을 얻을 수 있고, 이를 상기 전기화학 소자의 전극으로 사용할 수도 있다. 상기 전기화학 소자의 전극은 그라핀 산화물의 친수성을 이용한 전해액의 흡습 특성과 전기전도도 향상으로 인하여 전자이동을 원활히 하여 전기화학 소자의 수명특성을 향상시킬 수 있다.
Thereafter, an electrode for an electrochemical device according to an embodiment of the present invention can be manufactured through a pressing process. Thereafter, the substrate is removed to obtain a free standing film containing the electrode active material layer, the graphene oxide binder, and the reduced graphene, and may be used as an electrode of the electrochemical device. The electrode of the electrochemical device can improve the lifetime characteristics of the electrochemical device by facilitating the electron transfer due to the improvement of the hygroscopic property and the electric conductivity of the electrolyte using the hydrophilic property of the graphene oxide.

전기화학 소자의 제조Manufacture of electrochemical devices

나아가 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하는 전해질을 포함하고, 상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나는 그라핀 산화물을 포함하는 전기화학 소자용 전극을 포함하는 전기화학 소자를 제조할 수 있다. 상기 전해질은 액체 전해질 또는 고분자 전해질일 수 있다. 상기 전해질이 액체 전해질인 경우에는 상기 양극과 음극 사이에 분리막으로 다공성 멤브레인을 더 포함할 수 있다.The electrochemical device may further include an anode, an anode, and an electrolyte disposed between the anode and the cathode, wherein at least one of the anode and the cathode includes an electrode for an electrochemical device including a graphene oxide . The electrolyte may be a liquid electrolyte or a polymer electrolyte. When the electrolyte is a liquid electrolyte, the separator may further include a porous membrane between the anode and the cathode.

이러한 전기화학 소자는 에너지 생산 및 저장 분야, 예를 들면 리튬 이차전지, 슈퍼커패시터 또는 슈퍼커패시터와 이차전지간의 하이브리드형 에너지 저장장치에 적용가능 할 것으로 기대된다.Such an electrochemical device is expected to be applicable to a field of energy production and storage, for example, a lithium secondary battery, a super capacitor, or a hybrid type energy storage device between a super capacitor and a secondary battery.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. It should be understood, however, that the following examples are intended to aid in the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.

<실험예 1: 그라핀 산화물 분말 제조>&Lt; Experimental Example 1: Preparation of graphene oxide powder >

허머스 방법(Hummers method)를 이용하여 그라파이트 입자로부터 그라핀 산화물 분말을 얻었다. 이 후, 전자주사현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용하여 구조를 관찰하였다.A graphene oxide powder was obtained from the graphite particles using the Hummers method. Thereafter, the structure was observed using a scanning electron microscope (SEM).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라핀 산화물 분말의 SEM사진이다.1 is a SEM photograph of a graphene oxide powder according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 측면 치수가 100nm 내지 100㎛의 그라핀 산화물 나노시트들이 잘 형성되었음을 알 수 있다.
Referring to FIG. 1, it can be seen that graphene oxide nanosheets having a side dimension of 100 nm to 100 μm are well formed.

<실험예 2: 그라핀 산화물 용액 제조>Experimental Example 2: Preparation of a graphene oxide solution [

실험예 1에서 제조된 그라핀 산화물 분말 0.7g을 이차증류수 100mL에 넣고 배스 소니케이터(bath sonicator)를 이용하여 1시간 동안 분산시켰다. 제조된 그라핀 산화물 용액의 균일한 분산성을 유지하기 위하여 교반기를 이용하여 추가적으로 24시간 동안 교반시켰다.
0.7 g of the graphene oxide powder prepared in Experimental Example 1 was added to 100 mL of secondary distilled water and dispersed for 1 hour using a bath sonicator. The mixture was stirred for an additional 24 hours using a stirrer to maintain uniform dispersion of the prepared graphene oxide solution.

<실험예 3: 전극 슬러리 제조>&Lt; Experimental Example 3: Preparation of electrode slurry >

Si-Ni-Ti 금속합금으로 이루어진 실리콘계 음극활물질을 상기 실험예 2에서 제조된 그라핀 산화물 용액과 혼합하여 전극 슬러리를 제조하였다. 상기 음극활물질과 상기 그라핀 산화물 용액 혼합시, 상기 음극활물질과 상기 그라핀 산화물 용액에 포함된 그라핀 산화물이 97.5:2.5, 94:6, 92:8, 91:9, 90:10, 89:11, 88:12, 및 80:20 범위의 중량비로 나누어 각각의 전극 슬러리를 제조하였다.
An electrode slurry was prepared by mixing a silicon-based anode active material composed of Si-Ni-Ti metal alloy with the graphene oxide solution prepared in Experimental Example 2. Wherein the negative active material and the graphen oxide contained in the graphen oxide solution have a composition of 97.5: 2.5, 94: 6, 92: 8, 91: 9, 90:10, 89: 11, 88:12, and 80:20, respectively, to prepare respective electrode slurries.

<분석예1: 전극 슬러리의 유변학적 거동 평가>&Lt; Analysis Example 1: Evaluation of rheological behavior of electrode slurry >

일정한 전단응력(shear stress)하에서 전단률(shear rate)을 증가시키며 전극 슬러리의 점도거동을 관찰하였다.The viscosity behavior of the electrode slurry was investigated by increasing the shear rate under constant shear stress.

도 2는 Si-Ni-Ti 금속합금으로 이루어진 실리콘계 음극 활물질의 SEM사진이다.2 is an SEM photograph of a silicon-based negative electrode active material made of a Si-Ni-Ti metal alloy.

도 2를 참조하면, 실리콘계 음극 활물질이 균일하게 분포되어 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that the silicon-based anode active material is uniformly distributed.

도 3은 Si-Ni-Ti 금속합금으로 이루어진 음극 활물질과 그라핀 산화물 비율에 따른 음극 전극 슬러리의 유변학적 거동평가 결과를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the results of evaluating the rheological behavior of the negative electrode slurry according to the ratio of the graphene oxide and the negative electrode active material made of the Si-Ni-Ti metal alloy.

도 3을 참조하면, 전단률이 증가함에 따라 점도가 감소하는 면찰 담화 (shear thinning) 현상이 나타난 것을 알 수 있다. 구체적으로, 제조된 전극 슬러리는 그라핀 산화물의 함량과 관계없이 낮은 전단률 (10-3 1/s)에서는 106 mPa·s이상의 높은 점도를 가지며, 높은 전단률 (102 1/s)에서는 100 mPa·s의 낮은 점도를 가진 것을 확인할 수 있다. 이는 제조된 전극 슬러리가 실제 공정시 도포되는 높은 전단률에서는 우수한 흐름성을 가지며, 도포 직후에는 형성된 도포층이 잘 유지될 수 있음을 의미할 수 있다.
Referring to FIG. 3, it can be seen that a shear thinning phenomenon occurs in which the viscosity decreases as the shear rate increases. Specifically, the prepared electrode slurry had a high viscosity of 106 mPa · s or more at a low shear rate (10 -3 1 / s) and a high viscosity of 10 100 mPa · s at a high shear rate (10 2 1 / s) mPa · s. This means that the prepared electrode slurry has excellent flowability at a high shear rate at which the electrode slurry is applied in an actual process, and that the formed coating layer can be well maintained immediately after the application.

<실험예 4: 환원제를 첨가한 그라핀 산화물 용액 제조>EXPERIMENTAL EXAMPLE 4: Preparation of a graphene oxide solution to which a reducing agent was added:

환원제인, 하이드라진(Hydrazine) 1mL에 실험예 1에서 제조된 그라핀 산화물 분말을 각각 3g, 3.75g, 5g, 7.5g, 및 15g으로 나누어 첨가하고, 여기에, 이차증류수 100mL에 넣고 배스 소니케이터(bath sonicator)를 이용하여 1시간 동안 분산시켰다. 제조된 그라핀 산화물 용액의 균일한 분산성을 유지하기 위하여 교반기를 이용하여 추가적으로 24시간 동안 교반시켰다.
The graphene oxide powder prepared in Experimental Example 1 was divided into 3 g, 3.75 g, 5 g, 7.5 g and 15 g, respectively, in 1 ml of hydrazine, which is a reducing agent, in 100 ml of secondary distilled water, and dispersed using a bath sonicator for 1 hour. The mixture was stirred for an additional 24 hours using a stirrer to maintain uniform dispersion of the prepared graphene oxide solution.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 환원제를 첨가한 그라핀 산화물 용액의 분산 안정성을 나타낸 이미지이다.4 is an image showing the dispersion stability of a graphene oxide solution to which a reducing agent is added according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 그라핀 산화물 함량 대비 하이드라진의 첨가비율이 증가할수록 그라핀 산화물 용액의 안정성이 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이는, 하이드라진의 첨가함량이 증가할수록 상기 그라핀 산화물의 환원도가 증가되어 상기 그라핀 산화물 용액 내에서의 분산도가 저하되는 것으로 볼 수 있다.
Referring to FIG. 4, it can be seen that the stability of the graphene oxide solution decreases as the addition ratio of hydrazine increases relative to the content of graphene oxide. It can be seen that as the addition amount of hydrazine increases, the degree of reduction of the graphene oxide increases and the degree of dispersion in the graphene oxide solution decreases.

도 5(a) 내지 도 5(b)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 그라핀 산화물 용액, 및 환원제를 첨가한 그라핀 산화물 용액을 FT-IR 분석결과를 나타낸 도표이다.5 (a) to 5 (b) are graphs showing results of FT-IR analysis of a graphene oxide solution prepared according to an embodiment of the present invention and a graphene oxide solution added with a reducing agent.

도 5(a) 내지 도 5(b)의 도표에서 1은 C=O stretching, 2는 C=C skelectal vibration, 3은 C-OH stretching을 의미한다. 도 5(a)는 환원제를 첨가하지 않은 그라핀 산화물(Graphine oxide. GO) 용액의 FT-IR 분석결과로, C=O stretching과 C-OH 피크(peak)가 확연히 관찰된다. 이와 달리, 환원제(Hydrazine)를 첨가한 그라핀 산화물 용액의 FT-IR 분석결과인 도 5(b)에서는 상기 C=O stretching과 C-OH 피크가 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있다.
5 (a) to 5 (b), 1 means C = O stretching, 2 means C = C skelectal vibration, and 3 means C-OH stretching. 5 (a) shows FT-IR analysis of a graphite oxide (GO) solution to which no reducing agent is added. As a result, C = O stretching and C-OH peak are clearly observed. In contrast, FIG. 5 (b), which is an FT-IR analysis of a graphene oxide solution containing a reducing agent (hydrazine), shows that the C = O stretching and the C-OH peak are remarkably reduced.

<실험예 5: 리튬 이차전지 전극 제조>&Lt; Experimental Example 5: Preparation of electrode for lithium secondary battery &

실험예 3에서 제조된 전극 슬러리를 구리(Cu) 집전체 위에 도포하고, 건조공정을 실시하였다. The electrode slurry prepared in Experimental Example 3 was coated on a copper (Cu) current collector and dried.

도 6은 음극 활물질과 그라핀 산화물 비율에 따른 전극의 표면 관찰결과를 나타낸 SEM 사진이다.6 is an SEM photograph showing the result of observing the surface of the electrode according to the ratio of the negative electrode active material and the graphene oxide.

도 6을 참조하면, 전극 슬러리 내의 그라핀 산화물의 함량이 증가함에 따라 그라핀 산화물 바인더가 점차 음극 활물질을 완전히 감싸는 것을 관찰할 수 있다.
Referring to FIG. 6, it can be observed that as the content of the graphene oxide in the electrode slurry increases, the graphene oxide binder completely covers the negative electrode active material.

<실험예 6: 리튬 이차전지 제조>&Lt; Experimental Example 6: Preparation of lithium secondary battery &

실험예 5에서 제조된 전극을 이용하여 2032 코인 셀을 제작하여 전지 평가를 실시하였다. 실험예 5에서 제조된 전극을 작업전극(working electrode), 리튬 금속을 상대전극 (counter electrode)로 사용하였으며, 1.3M의 리튬염 (LiPF6)가 녹아져 있는 ethylene carbonate (EC):diethyl carbonate (DEC)가 3:7의 부피비로 섞인 용액을 전해질로 사용 하였다.
A 2032 coin cell was fabricated using the electrode prepared in Experimental Example 5 to evaluate the cell. The electrode prepared in Experimental Example 5 was used as a working electrode and lithium metal was used as a counter electrode and ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (LiPF 6 ) dissolved in 1.3M lithium salt (LiPF 6 ) DEC) in a volume ratio of 3: 7 was used as the electrolyte.

<비교예><Comparative Example>

Si-Ni-Ti 금속합금으로 이루어진 실리콘계 음극 활물질을 고분자 바인더인 폴리아크릴 아미드(PAA)와 혼합하여 전극 슬러리를 제조한 뒤, 제조된 전극 슬러리를 구리 집전체 위에 도포하여 제조된 전극을 사용한 것 외에는, 상기 실험예 6과 동일한 조건으로 리튬 이차전지를 제조했다.
Except that an electrode slurry is prepared by mixing a silicon-based negative active material made of a Si-Ni-Ti metal alloy with polyacrylamide (PAA) as a polymer binder, and then the prepared electrode slurry is coated on a copper current collector , And a lithium secondary battery was produced under the same conditions as in Experimental Example 6. [

도 7(a) 내지 도 7(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 특성 평가 결과를 나타낸 그래프이다. 도 7(a)는 첫 번째 충방전 곡선, 도 7(b), 및 도 7(c)는 수명특성을 나타낸 그래프이다.7 (a) to 7 (c) are graphs showing the results of characteristics evaluation of a lithium secondary battery according to an embodiment of the present invention. 7 (a) is a graph showing the first charge / discharge curve, and Figs. 7 (b) and 7 (c) are graphs showing lifetime characteristics.

도 7(a)를 참조하면, 그라핀 산화물을 포함하는 전극 슬러리를 도포하여 전극을 형성했을 시 고분자 바인더, 즉 폴리아크릴 아미드를 포함하는 전극 슬러리를 도포하여 전극을 형성했을 때 보다 정전용량이 향상됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 7 (a), when an electrode slurry containing a graphene oxide is applied to form an electrode, electrostatic capacity is improved compared to when an electrode slurry containing a polymer binder, that is, polyacrylamide is applied .

또한, 도 7(b)를 참조하면, 그라핀 산화물을 포함하는 전극 슬러리를 도포하여 전극을 형성했을 시 고분자 바인더, 즉 폴리아크릴 아미드를 포함하는 전극 슬러리를 도포하여 전극을 형성했을 때 보다 리튬 이차전지의 수명이 오래감을 알 수 있다. 또한, 상기 활물질과 그라핀 산화물의 비가 90:10일 때, 정전용량 및 수명특성이 가장 우수한 것을 알 수 있었다.7 (b), when an electrode slurry containing a graphene oxide is applied to form an electrode, an electrode slurry containing a polymer binder, that is, a polyacrylamide is applied to form a lithium secondary It can be seen that the life of the battery is long. In addition, when the ratio of the active material to the graphen oxide was 90:10, it was found that the electrostatic capacity and the life characteristics were the most excellent.

구체적으로 이는, 도 7(c)를 참조하면, 상기 활물질과 상기 그라핀 산화물의 혼합비율이 92:8 내지 88:12 범위의 중량비로 혼합된 경우, 상기 범위 내의 전극은 모두 유사한 수명특성을 보이는 것을 확인할 수 있다. Specifically, referring to FIG. 7 (c), when the mixing ratio of the active material and the graphene oxide is mixed in a weight ratio ranging from 92: 8 to 88:12, all the electrodes within the above range exhibit similar lifetime characteristics .

또한, 전지 수명 특성 평가 결과를 통해 실리콘 계 음극 전극 슬러리 내의 그라핀 산화물 함량이 증가함에 따라 전지의 수명특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.
The results of the evaluation of the battery life characteristics show that the life characteristics of the battery are improved as the content of the graphene oxide in the slurry of the anode electrode is increased.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형 및 변경이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the scope and spirit of the invention. Change is possible.

Claims (11)

그라핀 산화물을 용매에 분산시켜 그라핀 산화물 용액을 제조하는 단계;
상기 그라핀 산화물 용액과 활물질을 혼합하여 전극 슬러리를 제조하는 단계;
상기 전극 슬러리를 기판 상에 도포시키는 단계; 및
상기 도포된 전극 슬러리를 건조하여 전극 활물질층을 형성하는 단계를 포함하는 전기화학 소자용 전극의 제조방법.
Dispersing the graphene oxide in a solvent to produce a graphene oxide solution;
Mixing the graphene oxide solution and the active material to prepare an electrode slurry;
Applying the electrode slurry to a substrate; And
And drying the coated electrode slurry to form an electrode active material layer.
제1항에 있어서,
상기 그라핀 산화물은 산소 관능기(oxygen functional group)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the graphene oxide comprises an oxygen functional group. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; 11. &lt; / RTI &gt;
제1항에 있어서,
상기 그라핀 산화물 용액에 환원제를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein a reducing agent is further added to the graphene oxide solution.
제3항에 있어서,
상기 환원제는 하이드라진(hydrazine), 수소산(hydroic acid), 수소화 붕소 나트륨(sodium borohydride) 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극의 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the reducing agent is at least one selected from the group consisting of hydrazine, hydroic acid, and sodium borohydride.
제1항에 있어서,
상기 슬러리는 고분자 바인더가 포함되지 않는 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the slurry does not contain a polymeric binder.
제1항에 있어서,
상기 그라핀 산화물 용액과 활물질을 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계에서,
상기 활물질과 상기 그라핀 산화물은 92:8 내지 88:12 범위의 중량비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step of preparing the slurry by mixing the graphene oxide solution and the active material,
Wherein the active material and the graphene oxide are mixed at a weight ratio ranging from 92: 8 to 88:12.
제1항에 있어서,
상기 도포된 전극슬러리를 건조하여 전극 활물질층을 형성하는 단계에서,
상기 도포된 그라핀 산화물의 일부가 환원되어 상기 전극 활물질층 표면에 환원 그라핀을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
In the step of forming the electrode active material layer by drying the coated electrode slurry,
Wherein a part of the applied graphene oxide is reduced to form reduced graphene on the surface of the electrode active material layer.
활물질, 용매, 및 그라핀 산화물을 포함하며,
상기 활물질과 상기 그라핀 산화물의 92:8 내지 88:12 범위의 중량비로 혼합된 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극 슬러리.
Active material, solvent, and graphene oxide,
Wherein the active material and the graphene oxide are mixed in a weight ratio ranging from 92: 8 to 88:12.
제8항에 있어서,
상기 전극 슬러리는 고분자 바인더를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극 슬러리.
9. The method of claim 8,
Wherein the electrode slurry does not contain a polymeric binder.
활물질 및 그라핀 산화물 바인더를 포함하는 전기화학 소자용 전극.An electrode for an electrochemical device comprising an active material and a graphene oxide binder. 제10항에 있어서,
상기 그라핀 산화물 바인더의 적어도 일 표면에 환원 그라핀이 형성된 것을 특징으로 하는 전기화학 소자용 전극.
11. The method of claim 10,
Wherein the reduced graphene is formed on at least one surface of the graphene oxide binder.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130040541A (en) * 2011-10-14 2013-04-24 한국기초과학지원연구원 Composite of graphene and metal oxide for negative active material of rechargeable lithium battery and preparing method thereof
JP2013152926A (en) * 2011-12-26 2013-08-08 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Positive electrode for secondary battery, and method of fabricating the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130040541A (en) * 2011-10-14 2013-04-24 한국기초과학지원연구원 Composite of graphene and metal oxide for negative active material of rechargeable lithium battery and preparing method thereof
JP2013152926A (en) * 2011-12-26 2013-08-08 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Positive electrode for secondary battery, and method of fabricating the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ACS APPLIED MATERIALS INTERFACES, 2013 *
ADVANCED MATERIALS, 2013 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107565107A (en) * 2017-07-31 2018-01-09 广西中润四方税银科技有限公司 A kind of graphene lithium battery material and preparation method thereof

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